Redis（一）：Redis概述与常见问题

 

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Redis（一）：Redis概述与常见问题

Redis（二）：数据回收策略、持久化原理、事务、主从复制

Redis（三）：常见数据结构 与 缓存击穿、缓存穿透与缓存雪崩

Redis（四）：Redis的分布式锁实现

Redis（五）：数据库 和 缓存 双写一致性

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一、什么是Redis：

Redis是一款开源的内存中的数据结构存储系统，是一个基于内存运行的高性能，并支持持久化的key-value分布式NoSQL数据库。它可以用作：数据库、缓存、消息中间件。

Redis的出色之处不仅仅是性能，Redis最大的魅力是支持保存多种数据结构，Redis支持的数据结构有：String、List、Set、Hash、Sorted Set。一个字符串类型的值能存储最大容量是512M。

因此Redis可以用来实现很多有用的功能：比方说用List来做FIFO双向链表，实现一个轻量级的高性 能消息队列服务，用他的Set可以做高性能的tag系统等等。另外Redis也可以对存入的Key-Value设置expire时间，因此也可以被当作一个功能加强版的memcached来用。

Redis的主要缺点是数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。

Redis也提供了持久化的选项，这些选项可以让用户将自己的数据保存到磁盘上面进行存储。根据实际情况，可以每隔一定时间将数据集导出到磁盘（快照），或者追加到命令日志中（AOF只追加文件），他会在执行写命令时，将被执行的写命令复制到硬盘里面。当然也可以关闭持久化功能，将Redis作为一个高效的网络的缓存数据功能使用。

Redis不使用表，他的数据库不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

数据库的工作模式按存储方式可分为：硬盘数据库和内存数据库。Redis 将数据储存在内存里面，读写数据的时候都不会受到硬盘 I/O 速度的限制，所以速度极快。

（1）硬盘数据库的工作模式： 

（2）内存数据库的工作模式：

总而言之：

Redis是一款基于内存运行的高性能，并支持持久化的key-value分布式NoSQL数据库，因为基于内存，所以存写速度非常快，因此被广泛应用于缓存方向。

支持的数据结构有：String、List、Set、Hash、Sorted Set。一个字符串类型的值能存储最大容量是512M。Redis不使用表，他的数据库不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

Redis是单进程单线程的：redis利用队列技术将并发访问变为串行访问，消除了传统数据库串行控制的开销。

Redis的主要缺点是数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。

 

二、为什么使用Redis：

主要从“高性能”和“高并发”这两点来看待这个问题。

（1）高性能：

假如用户第一次访问数据库中的某些数据。这个过程会比较慢，因为是从硬盘上读取的。将该用户访问的数据存在数缓存中，这样下一次再访问这些数据的时候就可以直接从缓存中获取了。操作缓存就是直接操作内存，所以速度相当快。如果数据库中的对应数据改变的之后，同步改变缓存中相应的数据即可。

（2）高并发：

直接操作缓存能够承受的请求是远远大于直接访问数据库的，所以我们可以考虑把数据库中的部分数据转移到缓存中去，这样用户的一部分请求会直接到缓存这里而不用经过数据库。

 

三、Redis为什么这么快：

（1）完全基于内存，数据存在内存中,绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。

（2）采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。

（3）数据结构简单，对数据操作也简单，Redis中的数据结构是专门进行设计的

（4）使用非阻塞IO多路复用机制。

多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。

这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 IO 的时间消耗），且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快，也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈，主要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

（5）使用底层模型不同，它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样，Redis直接自己构建了VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求；

 

四、redis和memchached的区别：

（1）redis支持更丰富的数据类型，支持更复杂的应用场景：Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。memcache支持简单的数据类型，String。

（2）redis可以存储的单个键值可以存储的容量更大，一个字符串类型的值能存储最大容量是512M。

（3）redis支持持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用，而memcached把所有数据全部存储在内存中。

（4）集群模式：memcached没有原生的集群模式，需要依靠客户端来实现往集群中分片写入数据；但是 redis 目前是原生支持 cluster 模式的。

（5）网络IO模型：Memcached是多线程，非阻塞IO复用的网络模型；Redis使用单线程的多路 IO 复用模型。

 

五、Redis 的适用场景：

（1）会话缓存（Session Cache）：

最常用的一种使用Redis的情景是会话缓存（session cache）。用Redis缓存会话比其他存储（如Memcached）的优势在于：Redis提供持久化。当维护一个不是严格要求一致性的缓存时，如果用户的购物车信息全部丢失，大部分人都会不高兴的，

（2）全页缓存（FPC）：

除基本的会话token之外，Redis还提供很简便的FPC平台。回到一致性问题，即使重启了Redis实例，因为有磁盘的持久化，用户也不会看到页面加载速度的下降，

（3）队列：

Reids在内存存储引擎领域的一大优点是提供 list 和 set 操作，这使得Redis能作为一个很好的消息队列平台来使用。

（4）排行榜/计数器：

Redis在内存中对数字进行递增或递减的操作实现的非常好。集合（Set）和有序集合（Sorted Set）也使得我们在执行这些操作的时候变的非常简单。

（5）发布/订阅（Publish, Subscribe）：

 

 六、Redis的相关问题：

1、Redis回收进程如何工作的？

一个客户端运行了新的命令，添加了新的数据。Redi检查内存使用情况，如果大于maxmemory的限制, 则根据设定好的策略进行回收。一个新的命令被执行，等等。所以我们不断地穿越内存限制的边界，通过不断达到边界然后不断地回收回到边界以下。如果一个命令的结果导致大量内存被使用（例如很大的集合的交集保存到一个新的键），不用多久内存限制就会被这个内存使用量超越。

2、 Redis里面有1亿个key，其中有10w个key是以某个固定的已知的前缀开头的，如何将它们全部找出来？

使用keys指令可以扫出指定模式的key列表。 如果这个redis正在给线上的业务提供服务，由于redis关键的一个特性：redis的单线程的。keys指令会导致线程阻塞一段时间，线上服务会停顿，直到指令执行完毕，服务才能恢复。这个时候可以使用scan指令，scan指令可以无阻塞的提取出指定模式的key列表，但是会有一定的重复概率，在客户端做一次去重就可以了，但是整体所花费的时间会比直接用keys指令长。

3、使用过Redis做异步队列么，你是怎么用的？

（1）一般使用list结构作为队列，rpush生产消息，lpop消费消息。当lpop没有消息的时候，要适当sleep一会再重试。 或者list还有个指令叫blpop，在没有消息的时候，它会阻塞住直到消息到来。

（2）一次消费多次？使用pub/sub主题订阅者模式，可以实现1:N的消息队列。

pub/sub有什么缺点？在消费者下线的情况下，生产的消息会丢失，得使用专业的消息队列如rabbitmq等。

（3）redis如何实现延时队列？使用sorted set，拿时间戳作为score，消息内容作为key调用zadd来生产消息，消费者用zrangebyscore指令获取N秒之前的数据轮询进行处理。

4、为什么redis需要把所有的数据放到内存中？

Redis为了达到最快的读写速度将数据都读到内存中，并通过异步的方式将数据写入磁盘。所以redis具有快速和数据持久化的特征。如果不将数据放在内存中，磁盘I/O速度为严重影响redis的性能。

5、Redis支持的Java客户端都有哪些？官方推荐用哪个？

Redisson、Jedis、lettuce等等，官方推荐使用Redisson。

6、Redis key的过期时间和永久有效分别怎么设置？

EXPIRE和PERSIST命令。

7、redis哈希槽的概念：

Redis集群没有使用一致性hash,而是引入了哈希槽的概念，Redis集群有16384个哈希槽，每个key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪个槽，集群的每个节点负责一部分hash槽。

8、redis常见性能问题和解决方案：

(1) Master最好不要做任何持久化工作：如RDB内存快照和AOF日志文件，特别是不要启用内存快照做持久化,如果数据比较关键，某个Slave开启AOF备份数据，策略为每秒同步一次。Master写内存快照，save命令调度rdbSave函数，会阻塞主线程的工作，当快照比较大时对性能影响是非常大的，会间断性暂停服务，所以Master最好不要写内存快照。

(2) 在Master AOF持久化的情况下，如果不重写AOF文件，这个持久化方式对性能的影响是最小的，但是AOF文件会不断增大，AOF文件过大会影响Master重启的恢复速度。

(3) 尽量避免在压力很大的主库上增加从库。

(4) 主从复制不要用图状结构，用单向链表结构更为稳定，即：Master <- Slave1 <- Slave2 <- Slave3...这样的结构方便解决单点故障问题，实现Slave对Master的替换。如果Master挂了，可以立刻启用Slave1做Master，其他不变。

(5) 为了主从复制的速度和连接的稳定性，Master和Slave最好在同一个局域网内。